一項(xiàng)關(guān)于微生物群落在植物葉片上發(fā)揮作用的新研究表明，施肥作物可能使它們更容易患病。加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)，用健康番茄中的微生物噴灑西紅柿可以保護(hù)他們免受致病細(xì)菌的侵害，但事先對(duì)西紅柿施肥會(huì)抵消這種保護(hù)作用，導(dǎo)致植物葉片上病原微生物的數(shù)量增加。

雖然研究人員還不知道葉片上有害細(xì)菌數(shù)量的增加是否真的使番茄生病，但該研究清楚地表明，肥料會(huì)使葉片上的微生物群落失去平衡。這可能會(huì)使致病生物進(jìn)入植物。

“當(dāng)我們改變植物所處的營(yíng)養(yǎng)環(huán)境時(shí)，我們正在從根本上改變植物 -微生物組的相互作用，而且重要的是微生物組介導(dǎo)的天然植物/微生物相互作用的保護(hù)，”資深作者，加州大學(xué)伯克利分校助理教授Britt Koskella說(shuō)。綜合生物學(xué)。

科斯凱拉說(shuō)，肥料效應(yīng)并不是這項(xiàng)研究的唯一驚喜。她和合著者，研究生Maureen Berg正在調(diào)查葉子上微生物群落的密度如何影響植物對(duì)疾病的抵抗力，并發(fā)現(xiàn)噴灑在葉子上的較低劑量的有益微生物通常更有效地保護(hù)感染的植物比較高的劑量。伯格用一種人工微生物群落噴灑葉子，這種群落由12種從健康番茄的天然微生物組中提取的細(xì)菌組成。

“我們發(fā)現(xiàn)最具保護(hù)性的社區(qū)是最稀釋?zhuān)畈患校畹蛣┝浚?rdquo;她說(shuō)。“這完全不直觀。中劑量給予中等保護(hù)，最高劑量保護(hù)最少。”

植物益生菌

原因尚不清楚，但研究結(jié)果非常重要，因?yàn)橛袡C(jī)農(nóng)民正在談?wù)撚靡嫔鷩姙⒆魑镆源龠M(jìn)更好的生長(zhǎng)和疾病保護(hù)，就像人類(lèi)食用含有“好”微生物的益生菌以改善健康一樣。

“我們看到這種低劑量/高保護(hù)作用的事實(shí)表明它并不像僅僅投入更多的微生物那么簡(jiǎn)單，”科斯凱拉說(shuō)。“要了解如何應(yīng)用植物益生菌，還有很多工作要做。”

她和伯格將在8月6日的“當(dāng)代生物學(xué)”雜志的印刷版中報(bào)告他們的發(fā)現(xiàn);該文章將于7月26日在線發(fā)布。

Koskella專(zhuān)注于植物的地上微生物組，或者是與植物根，根際相關(guān)的充分研究的地下微生物組相比，人們對(duì)環(huán)境的了解甚少。研究人員發(fā)現(xiàn)在葉下微生物中發(fā)現(xiàn)了意想不到的活動(dòng)，包括一些細(xì)菌如同根系相關(guān)的細(xì)菌一樣從空氣中固定氮。許多研究表明，根中的微生物群落可以促進(jìn)植物的養(yǎng)分吸收，生長(zhǎng)和抗病能力，科斯凱拉正在研究這是否也適用于地上微生物組。

她的實(shí)驗(yàn)與益生菌處理作物的問(wèn)題有關(guān)，可以幫助回答以下問(wèn)題：給定植物的正確混合細(xì)菌是什么?應(yīng)用這種合適混合物的最佳方法是什么?

為了研究這些問(wèn)題，Koskella和Berg首先對(duì)加州大學(xué)戴維斯分校室外田間種植的健康番茄的天然葉片微生物進(jìn)行了抽樣調(diào)查。

然后，他們將混合物噴灑在加州大學(xué)伯克利分校的生長(zhǎng)室中的無(wú)菌番茄植株上，一周后，將葉子注入丁香假單胞菌，導(dǎo)致番茄斑，這是一個(gè)用殺蟲(chóng)劑處理的主要問(wèn)題。事實(shí)上，西紅柿上的新微生物群體確實(shí)保護(hù)植物免受病原體的定植，盡管從一些番茄田獲得的微生物群落比來(lái)自其他田地的微生物群更好。

“這個(gè)與我們自己的皮膚非常相似的葉狀微生物群落是抵抗疾病的第一道防線，因此我們希望看到保護(hù)，盡管我們不確定，”科斯凱拉說(shuō)。

人工微生物群落

令人驚訝的是，當(dāng)他們改變噴灑在葉子上的微生物濃度時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)在許多情況下，低劑量比高劑量更有效。

為了找出原因，他們構(gòu)建了一個(gè)由天然植物中發(fā)現(xiàn)的12種物種組成的人工微生物群落 - 基本上，12種在文化中生長(zhǎng)最好。當(dāng)他們?cè)诜焉蠂姙⒏鞣N劑量的合成菌群時(shí)，他們得到了相同的結(jié)果：低劑量，稀釋劑量對(duì)高度濃縮劑量的假單胞菌的保護(hù)作用更強(qiáng)。

伯格重復(fù)實(shí)驗(yàn)以確認(rèn)令人費(fèi)解的結(jié)果，但在隨后的一次試驗(yàn)中，她決定先給下垂的植物施肥。在該試驗(yàn)中，沒(méi)有一個(gè)微生物組劑量對(duì)假單胞菌具有保護(hù)作用。當(dāng)他們?cè)谑┓屎筒皇┓实那闆r下重復(fù)試驗(yàn)時(shí)，他們證實(shí)肥料的施用消除了之前觀察到的保護(hù)作用。

在每個(gè)實(shí)驗(yàn)中，他們通過(guò)記錄假單胞菌的相對(duì)群體與其他大多數(shù)有益微生物相比來(lái)判斷對(duì)病原體的保護(hù)，因?yàn)榻】档奈⑸锝M應(yīng)該有效地與病原體競(jìng)爭(zhēng)并將其降低至低水平。

科斯科拉懷疑化肥改變微生物組的原因，其中最重要的是營(yíng)養(yǎng)素可以使葉子更健康，這使得所有微生物都快樂(lè)，并且不需要好的微生物來(lái)競(jìng)爭(zhēng)壞微生物。她和她的小組現(xiàn)在正在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)這一假設(shè)。

他們?nèi)匀徊恢罏槭裁吹蛣┝康囊嫔委熜Ч雀邉┝亢茫Ｍ磥?lái)的研究可以解決這個(gè)謎團(tuán)并幫助指導(dǎo)益生菌在農(nóng)業(yè)中的適當(dāng)應(yīng)用。

然而，Koskella和Berg說(shuō)，肥料對(duì)葉和莖微生物組的影響應(yīng)該導(dǎo)致生物學(xué)家探索肥料對(duì)根微生物組的影響，以及植物的總體健康狀況。

“如果我們還沒(méi)有看到長(zhǎng)期受精對(duì)植物如何與微生物相互作用的影響，那么我們已經(jīng)長(zhǎng)期施肥，這會(huì)讓我感到驚訝，”她說(shuō)。“有很多研究表明馴化植物的微生物群落往往與其野生近緣種有很大不同。”

最重要的問(wèn)題是，這會(huì)影響工廠的整體健康嗎?為什么?